Inhoudsmenu
● Inleiding tot wolfraamcarbide
>> Grondstoffen
● Productieproces
● Geavanceerde bewerkingstechnieken
● Toepassingen van wolfraamcarbideproducten
● Geavanceerde productietechnieken
>> Additief productieproces
>> Voordelen van additieve productie
● Tungsten carbide coatingtechnologie
● Recycling van wolfraamcarbide
>> Elektrolytische methode
>> Zink smeltmethode
● Duurzaamheid in de carbide -industrie
● Conclusie
● Veelgestelde vragen
>> 1. Wat is wolfraamcarbide?
>> 2. Hoe wordt wolfraamcarbide vervaardigd?
>> 3. Wat zijn de belangrijkste toepassingen van Tungsten Carbide?
>> 4. Kan wolfraamcarbide worden gerecycled?
>> 5. Wat zijn de voordelen van het gebruik van wolfraamcarbide in industriële toepassingen?
● Citaten:
Wolfraamcarbide, bekend om zijn uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid, is een cruciaal materiaal bij de productie van industriële carbide -producten. Deze producten worden veel gebruikt in verschillende industrieën, waaronder productie-, mijnbouw-, ruimtevaart- en automobielsectoren. Het productieproces van Tungsten -carbide omvat verschillende complexe stappen, van selectie van grondstof tot het vormgeven van eindproduct. In dit artikel zullen we ons verdiepen in het gedetailleerde proces van hoe Tungsten Carbide -producten worden vervaardigd.
Inleiding tot wolfraamcarbide
Tungsten carbide is een verbinding gemaakt van wolfraam- en koolstofatomen, met een chemische formule van WC. Het staat bekend om zijn hardheid, die vergelijkbaar is met diamant, waardoor het ideaal is voor toepassingen die een hoge slijtvastheid en precisie vereisen. Tungsten carbide -producten worden vaak gecombineerd met een bindmiddelmateriaal, zoals kobalt of nikkel, om hun taaiheid en werkbaarheid te verbeteren.
Grondstoffen
De primaire grondstoffen voor het produceren van wolfraamcarbide zijn wolfraamerts- en koolstofbronnen. Wolfraamerts wordt verwerkt tot wolfraamoxide, dat vervolgens wordt gereduceerd tot metaalpoeder van wolfraam in een waterstofatmosfeer. Koolstof is meestal afkomstig van koolstofzwart of grafiet met een hoog zuivere koolstof. De kwaliteit van deze grondstoffen beïnvloedt de prestaties van het eindproduct aanzienlijk.
Productieproces
Het productieproces van wolfraamcarbideproducten omvat verschillende belangrijke stappen:
1. Materiaal mengen: wolfraampoeder wordt 2-4 uur gemengd met koolstofzwart in een kogelmolen om uniformiteit te garanderen. Deze stap is cruciaal omdat deze de kwaliteit van het eindproduct beïnvloedt. Het mengsel moet niet alleen rekening houden met de koolstof die nodig is voor carburisatie, maar ook de koolstof die nodig is voor de reactie tussen koolstof en zuurstof in het poeder.
2. Carburisatie: het wolfraam-koolstofmengsel wordt verwarmd in een grafietkoolbuisoven bij hoge temperaturen (meestal tussen 1300 ° C tot 1600 ° C) om wolfraamcarbide te vormen. De exacte temperatuur hangt af van de gewenste deeltjesgrootte van het eindproduct. Verschillende temperaturen beïnvloeden de korrelgrootte en de hardheid van het resulterende wolfraamcarbide [1].
3. Malen en zeven: na carburisatie wordt het wolfraamcarbide gemalen tot een fijn poeder en gezeefd om uniforme deeltjesgroottes te bereiken. Fijne deeltjes worden typisch gezeefd door een zeef van 200 mesh, terwijl grove deeltjes een zeef van 60 mesh gebruiken. Dit zorgt ervoor dat het poeder geschikt is voor volgende processen [1].
4. Mengen met bindmiddel: het wolfraamcarbidepoeder wordt gemengd met een bindmiddelmateriaal, zoals kobalt, om de taaiheid en de werkbaarheid ervan te verbeteren. Dit mengsel is cruciaal voor het creëren van een sterk en duurzaam product. Het aandeel van het bindmiddel beïnvloedt de totale eigenschappen van de uiteindelijke industriële producten van carbide [1].
5. Verdichting: het mengsel wordt in de gewenste vorm gedrukt met behulp van hoge drukmachines. Dit creëert een 'groene compact ' die fragiel is maar de beoogde vorm heeft. Technieken zoals Cold Isostatic Pressing (CIP) of UNIAXIAAL PRESSING worden vaak gebruikt [1].
6. Sinteren: de groene compact wordt verwarmd in een vacuümoven bij hoge temperaturen (meestal ongeveer 1500 ° C) om de deeltjes aan elkaar te smelten, wat resulteert in een vaste en dichte carbidestructuur. Sinteren is van cruciaal belang voor het bereiken van de gewenste dichtheid en mechanische eigenschappen [1].
7. Laatste vormen en slijpen: het gesinterde product wordt vervolgens gevormd en gemalen om de gewenste afmetingen en oppervlakteafwerking te bereiken. Technieken zoals CNC -bewerking en EDM -bewerking worden gebruikt voor precieze vormgeving [1].
Geavanceerde bewerkingstechnieken
Zodra de basisvorm is gesinterd, wordt verdere verfijning bereikt door verschillende snij- en slijpmethoden [1]:
- Snelle draad EDM -snijden: deze eerste stap omvat het gebruik van draad elektrische ontladingsbewerking (EDM) om het wolfraamstaalmateriaal in een ruwe vorm en grootte te snijden. Het is een effectieve methode voor grove vormgeving [1].
- Gemiddeld draadsnijden: Na ruw snijden wordt gemiddeld draadsnijen gebruikt voor fijnere detaillering, waardoor de vormprecisie van de wolfraamcarbide -onderdelen wordt verbeterd [1].
- Knijgenprocessen: slijpen is cruciaal voor het bereiken van de vereiste uiteindelijke dimensies en oppervlaktekwaliteiten [1]:
- Oppervlakte -slijpen: dit wordt voornamelijk gebruikt voor het verwerken van vlakke oppervlakken, waardoor controle over parallellisme en loodrechtheid voor oppervlakte -parallellie wordt gewaarborgd [1].
- Cilindrisch slijpen: inclusief interne, externe en beide gecombineerde, cilindrische slijpen richt zich op het verwerken van circulaire onderdelen om concentriciteit te behouden [1].
- PG -profiel slijpen: deze gespecialiseerde maalmethode wordt gebruikt voor gebogen oppervlakken en precieze bewerking van carbidetips, die zich houden aan specifieke geprogrammeerde slijppatronen [1].
- CNC-bewerking: CNC-bewerking van het CNC verfijnt de onderdelen tot hun uiteindelijke afmetingen, met name na het blussen van behandelingen die subtiele vervormingen kunnen veroorzaken. CNC -bewerkingscentra bieden een hoge efficiëntie ondanks de hoge kosten in verband met de apparatuur [1].
- CNC Turning: CNC Turning is cruciaal voor het bewerken van complexe oppervlakken, waaronder afschuining en precieze controle over hoeken en toleranties in gaten en slots [1].
- EDM -bewerking: voor functies die extreem strakke toleranties vereisen, zoals blinde gaten, is EDM -bewerking de favoriete methode. Langzame draadsnij, een andere vorm van EDM, is ideaal voor doorgaande gaten- en micro-gatbewerking [1].
- Laatste accenten met langzame draadsnijden: het productieproces wordt afgesloten met langzame draadsnijding, zodat de uiteindelijke afmetingen strikt afsluiten met de ontwerpvereisten [1].
Toepassingen van wolfraamcarbideproducten
Tungsten carbide -producten worden in een breed scala van industrieën gebruikt vanwege hun uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid. Enkele van de belangrijkste toepassingen zijn:
- Snijdgereedschap: wolfraamcarbide wordt veel gebruikt bij snijgereedschap zoals boorbits, freesinzetstukken en zaagbladen vanwege het vermogen om scherpte te behouden onder omstandigheden met hoge stress.
-Draagbestendige onderdelen: het wordt gebruikt in slijtvaste onderdelen zoals klepstoelen, pompinvoerders en brekerwiners om de duurzaamheid te verbeteren en de onderhoudskosten te verlagen.
- Aerospace en Automotive: Tungsten Carbide wordt gebruikt in krachtige componenten voor ruimtevaart- en auto-industrie vanwege de sterkte en precisie.
- Olie- en gasproductie: wolfraamcarbide -coatings worden aangebracht op boorapparatuur en productiecomponenten om hun leven in schurende omgevingen te verlengen.
- Medische toepassingen: wolfraamcarbide wordt gebruikt in chirurgische hulpmiddelen en implantaten vanwege de biocompatibiliteit en duurzaamheid.
Geavanceerde productietechnieken
In de afgelopen jaren zijn geavanceerde technieken zoals additieve productie onderzocht voor het produceren van wolfraamcarbide -onderdelen. Deze methoden zorgen voor het creëren van complexe geometrieën en kunnen de productietijd en -kosten mogelijk verminderen.
Additief productieproces
Het additieve productieproces voor wolfraamcarbide omvat het mengen van wolfraamcarbide -deeltjes met andere carbiden en een bindmiddel en vervolgens technieken zoals selectief lasermelting gebruiken om de gewenste vorm te creëren. Dit proces biedt flexibiliteit in ontwerp en kan onderdelen produceren met ingewikkelde details.
Voordelen van additieve productie
- Complexe geometrieën: maakt het mogelijk om complexe vormen te creëren die moeilijk te bereiken zijn met traditionele methoden.
- Verminderd materiaalafval: minimaliseert materiaalafval door onderdelenlaag op laag.
- Verhoogde snelheid: kan mogelijk de productietijd verkorten in vergelijking met traditionele sinterprocessen.
Tungsten carbide coatingtechnologie
Tungsten Carbide Coating Technology is erg populair in de ruimtevaartindustrie, die effectief de slijtage van luchtvaartapparatuur kan behandelen [6]. Een coatingtechnologie genaamd lage-temperatuur chemische dampafzetting (CVD) wordt vaak gebruikt bij de beroemdste luchtvaartfabrikanten in Europa en de Verenigde Staten, een proces voor het afwijzen van wolfraamcengingscoatings en is beschouwd als een praktische, technische en commerciële oplossing [6]. Het kan de levensduur van vliegtuigonderdelen aanzienlijk vergroten en wordt veel gebruikt in de straalmotoren van drie generaties vliegtuigen zoals tyfoons en F16 [6]. De bestaande coatingprocessen omvatten supersonische vlamspuiten wolfraamcarbide, harde chroomplaten, fysieke dampafzetting van wolfraamcarbide en explosie spuiten wolfraamcarbide [6]. Hoewel deze toepassingen op sommige gebieden succesvol zijn geweest, hebben ze echter hun eigen beperkingen [6].
Recycling van wolfraamcarbide
Het recyclen van wolfraamcarbide is cruciaal vanwege het uitgebreide gebruik bij het snijden en bewerken van gereedschappen en de aanzienlijke milieu- en economische impact [4]. Twee primaire methoden voor het recyclen van wolfraamcarbide zijn de elektrolytische methode en de zinkmeltmethode [4]. Elk heeft unieke processen en toepassingen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende soorten afvaltungstencarbide -materialen [4].
Elektrolytische methode
De elektrolytische methode is een efficiënt proces dat de elektrodepotentialen van verschillende componenten binnen wolfraambevattend afval gebruikt [4]. Deze methode is met name effectief voor afvalstoffen die wolfraamcarbide en kobaltmetaal bevatten [4].
Procesoverzicht:
- In een zure oplossing, zoals een met een zoutzuurconcentratie van ongeveer 20 g/L, kan kobalt selectief worden opgelost, of kan zowel kobalt als wolfraamcarbide tegelijkertijd worden opgelost [4].
- Een grafietanode en een nikkelplaatkathode worden gebruikt, waarbij de kobalt oplost in de oplossing en cocl2 vormt [4].
- Elektrolyse wordt uitgevoerd bij een lage spanning van 1,0-1,5V, wat leidt tot de oplossing van kobalt en het afpellen van WC van het afval [4].
- De geproduceerde anode modder wordt vervolgens verwerkt (gewassen, bal gefreesd en gezeefd) om WC te herstellen, die kan worden hergebruikt om nieuwe wolfraamcarbiden te produceren [4].
Voordelen:
- Laag reagens en energieverbruik [4].
- Eenvoud van het proces [4].
Beperkingen:
- Alleen van toepassing op afvaltungstencarbide met een kobaltgehalte boven 10%[4].
Zink smeltmethode
Deze methode omvat het gebruik van metalen zink en hoge temperaturen om wolfraamcarbide te herstellen van afvalstoffen [4]. Het is effectief voor afvaltungstencarbide met een laag kobaltgehalte of die met andere metalen zoals tantalum en titanium [4].
Procesoverzicht:
- Verspilling wolfraamcarbideblokken en metalen zink worden in een smeltkroes geplaatst in een vacuümoven [4].
- Het mengsel wordt verwarmd tot temperaturen tussen 773 en 873 K, waar kobalt reageert met gesmolten zink om een zink-cobaltlegering te vormen [4].
- Bij 1173 K wordt zink verwijderd door vacuümdestillatie, waardoor losse WC en kobaltpoeder achterblijft [4].
- Het herstelde WC en Cobalt -poeder worden vervolgens verwerkt (bal gefreesd en gezeefd) voor gebruik bij de nieuwe productie van wolfraamcarbiden [4].
Voordelen:
- Kort productieproces [4].
- In staat om afval met een laag cobaltgehalte te verwerken [4].
- Herstelt materialen die nauw overeenkomen met de graad van het oorspronkelijke afval [4].
Beperkingen:
- Vereist specifieke soorten afvalmateriaal [4].
- Complexe apparatuur en hoog energieverbruik [4].
- Over het algemeen hogere kosten dan de elektrolytische methode [4].
Duurzaamheid in de carbide -industrie
De carbide -industrie is een belangrijk onderdeel van de metaalbewerkingsindustrie en speelt een cruciale rol bij de productie van tools, machinecomponenten en andere precisieonderdelen [7]. De industrie staat echter ook voor verschillende uitdagingen met betrekking tot duurzaamheid [7]. Een van de grootste uitdagingen is het gebruik van grondstoffen zoals wolfraam en kobalt, die worden gebruikt bij de productie van carbiden [7]. Deze grondstoffen zijn beperkt en hun extractie kan milieueffecten hebben, zoals energieverbruik, watergebruik en CO2 -emissies [7]. Een ander probleem is de verwijdering van carbide -afval, dat vaak een last op het milieu kan vormen vanwege het hoge gehalte aan zware metalen en andere gevaarlijke stoffen [7].
Om deze uitdagingen aan te gaan, zijn veel bedrijven in de carbide -industrie begonnen met het implementeren van duurzame processen en praktijken [7]. Deze omvatten het gebruik van gerecyclede grondstoffen, het verminderen van afval en emissies, het optimaliseren van productieprocessen en het bevorderen van circulaire economie en efficiëntie van hulpbronnen [7]. Sommige bedrijven wenden zich ook tot alternatieve materialen zoals carbiden op basis van gerecycled staal of keramiek [7]. Deze materialen hebben het voordeel dat ze milieuvriendelijker zijn en minder grondstoffen nodig hebben [7].
Conclusie
De productie van wolfraamcarbideproducten omvat een complex proces dat nauwkeurige controle vereist over de kwaliteit van de grondstoffen, mengen, carburisatie en sintercondities. De resulterende producten worden zeer gewaardeerd in verschillende industrieën voor hun uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid, waardoor ze onmisbaar zijn voor snijgereedschap, slijtvaste onderdelen en krachtige componenten.
Veelgestelde vragen
1. Wat is wolfraamcarbide?
Tungsten carbide is een verbinding gemaakt van wolfraam- en koolstofatomen, bekend om zijn uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid. Het wordt veel gebruikt in industriële carbide -industriële producten.
2. Hoe wordt wolfraamcarbide vervaardigd?
Wolfraamcarbide wordt vervaardigd door een poedermetallurgieproces waarbij wolfraampoeder met koolstof, carburisatie, slijpen, gemengd is met een bindmiddel, verdichting en sinteren.
3. Wat zijn de belangrijkste toepassingen van Tungsten Carbide?
Wolfraamcarbide wordt gebruikt in snijgereedschap, slijtvaste onderdelen, ruimtevaartcomponenten, auto-onderdelen en medische toepassingen vanwege de hardheid en duurzaamheid.
4. Kan wolfraamcarbide worden gerecycled?
Ja, wolfraamcarbide kan worden gerecycled. Gebruikte gereedschappen en schrootmateriaal kunnen worden teruggewonnen en hergebruikt, waardoor afval en het behoud van middelen worden verminderd.
5. Wat zijn de voordelen van het gebruik van wolfraamcarbide in industriële toepassingen?
Tungsten Carbide biedt een langere levensduur van gereedschap, lagere onderhoudskosten, verbeterde precisie en verbeterde productie-efficiëntie, waardoor het een kosteneffectieve keuze is voor veeleisende industriële toepassingen.
Citaten:
[1] https://www.carbide-products.com/blog/how-tungsten-carbide-parts-made/
[2] https://www.coherentmarketinsights.com/industry-reports/tungsten-carbide-market
[3] https://www.tungstenmetalsgroup.com/blog-blog/tungsten-scrap-metal-recycling
[4] https://www.carbide-products.com/blog/tungsten-carbide-recycling/
[5] https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/tungsten-carbide-powder-market.asp
[6] https://www.samaterials.com/content/how-does-the-new-tungsten-carbide-coating-strenthen- Aircraft-parts.html
[7] https://grafhartmetall.com/en/sustainability-in-the-carbide-industry/
[8] https://patens.google.com/patent/ep2521799a1/en
[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungsten-carbide-market-future trends-Solutions-industry-fib5f
[10] https://grafhartmetall.com/en/innovations-in-tungsten-carbide-ocoatings-swiss-expertise-revealed/
[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-end-mills-news-archive/
[12] https://tungstencarbide42.wordpress.com/environmental-impact-and-sustainability/
[13] https://www.itia.info/wp-content/uploads/2023/07/itia_newsletter_2019_08.pdf
[14] https://www.ls-carbide.com/news/tungsten-carbide-market-an-an-in-depth-analyse-of-future-gruwth-trends.htm
[15] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx?nid=298
[16] https://www.durit.com/technology/carbide
[17] https://www.mdpi.com/2071-1050/15/16/12249
[18] https://www.allied-material.co.jp/en/research-development/tungsten_recycle.html
[19] https://www.carbide-part.com/blog/comprehensive-analyse-of-tungsten-carbide-parts-characteristics-types-tartications-and-future-trends/
[20] https://patens.google.com/patent/us4008090a/en
